Механические испытания сварных соединений

Разрушающий контроль, к которому относятся механические испытания, применяется для выборочных проверок отдельных образцов. Этот метод позволяет определить контролируемые параметры непосредственно, после чего испытанные образцы становятся непригодными для дальнейшего использования.

В каких случаях разрушают сварные стыки газопроводов?

Механическим испытаниям подвергают:

• пробные (допускные) сварные стыки для проверки технологии сварки стальных и полиэтиленовых газопроводов;

• стыки подземных газопроводов, сваренные газовой сваркой;

• стыки стальных газопроводов, не подлежащие контролю физическими методами (таблица 1).

Таблица 1

Образцы отбирают в период производства сварочных работ в количестве 0,5% общего числа стыковых соединений, сваренных каждым сварщиком, но не менее двух стыков диаметром 50 мм и меньше и не менее одного стыка диаметром свыше 50 мм, сваренных им в течение календарного месяца.

Что делают со сварными соединениями?

Стальные стыки стальных труб условным проходом свыше 50 мм испытывают на статическое растяжение и статический изгиб (загиб) по ГОСТ 6996 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств». Для этого вырезают образцы со снятым усилением равномерно по периметру отобранного стыка. А вот стыки с меньшим условным проходом, до 50 мм включительно, испытывают целиком на растяжение и сплющивание.

Рис.1 Образец для испытания сварного стыкового соединения полиэтиленовых труб

Стыки полиэтиленовых газопроводов подвергают растяжению по ГОСТ Р 55142 «Соединения сварные листов и труб из термопластов. Методы испытаний». Его проводят не ранее чем через 24 ч после выполнения сварки. При изготовлении образца ось образца должна быть параллельна оси трубы (рис.1), а сам сварной шов должен располагаться посередине образца с точностью ±1 мм.

Как проводят испытания?

Для испытаний применяют разрывные машины, основными узлами которых являются нагружающее устройство (гидравлическое, электромеханическое) и измерительные приборы. Последние регистрируют изменения усилия и деформацию при разрыве образца.

Рис.2 Разрывная машина РЭМ

Разрывные машины РЭМ (рис.2) в двухколонном исполнении создают нагрузки от 0,4 до 600 кН. Диапазон воспроизводимых нагрузок изменяется в зависимости от модификации: от 0,4 — 10 кН у РЭМ-10 до 24 — 600 кН у РЭМ-600. Машина позволяет проводить испытание на растяжение, изгиб и сплющивание. Управление в ручном режиме производится с пульта оператора, оснащенного ЖК-дисплеем и кнопочным пультом управления. Исходные параметры и результаты испытаний считываются с дисплея пульта оператора и передаются на принтер. Управление процессом испытания и обработкой их результатов производится персональным компьютером с программным обеспечением.

Как проводят испытания на растяжение?

При испытаниях на растяжение происходит разрыв образца, что позволяет измерить предел прочности. Их проводят как для стальных, так и для полиэтиленовых труб. Из труб условным проходом свыше 50 мм вырезают образцы. Сварные стыки труб до 50 мм включительно рвут и сплющивают целиком.

Рис.3 Разорванный машиной образец

Испытания на растяжение проводят следующим образом. В верхний и нижний захваты разрывной машины закрепляют головки образца. Верхний захват неподвижен. Нижний захват плавно опускается, растягивая образец до тех пор, пока он не разорвется (рис.3). Машина снабжена устройством для измерения прилагаемого усилия. Показатели прочности определяют по диаграмме растяжения, на которой по горизонтали откладывается удлинение образца в миллиметрах, а по вертикали – усилие, прилагаемое к образцу.

Результаты испытаний на разрыв признают неудовлетворительными, если среднеарифметическое значение предела прочности трех образцов при испытании на растяжение будет менее значения нормативного предела прочности основного металла трубы.

Как проводят испытания на изгиб?

Рис.4 Испытание на изгиб

На изгиб испытывают сварные стыки стальных труб с условным диаметром свыше 50 мм. Для этого из стыка вырезают образцы со снятым усилением, на которых определяют пластичность сварного соединения, характеризующую его способность воспринимать заданный изгиб. При этом определяется угол изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне образца. которую подвергают давлению (рис.4).

Рис.5 Образец после испытания на изгиб

Стыки считаются качественными, если при изгибе образцов на определенный угол на нем не появляется трещина в растягиваемой зоне (рис.5). Результаты признаются неудовлетворительными, если среднеарифметическое значение угла изгиба трех образцов при испытании на изгиб будет менее 120° для дуговой сварки и менее 100° — для газовой.

Кроме того, стыки бракуются, если хотя бы на одном из трех образцов по одному из видов испытаний результат будет на 10% ниже нормативного значения показателя прочности или угла изгиба.

Как проводят испытание на сплющивание?

Механические свойства сварных стыков стальных труб условным проходом до 50 включительно определяются испытаниями целых стыков. Для труб этих диаметров половину отобранных для контроля стыков (с неснятым усилением) испытывают на растяжение и половину (со снятым усилением) — на сплющивание.

Рис.6 Испытание на сплющивание

Испытания проводят на прессе или испытательной машине. При этом стык помещают между сплющивающими поверхностями, которые сдавливают его плавно нагрузкой, направленной перпендикулярно продольной оси образца (рис.6).

Рис.7 Результат испытаний на сплющивание

Стык считается качественным, если первая трещина на нем появляется при расстоянии Н между сплющивающими плоскостями равном или меньшем 5S, где S – толщина стенки трубы (рис.7).

Как интерпретируют результаты испытаний?

Механические испытания проводятся выборочно. Качество остальных стыков определяется статистически, при этом для выбран самый простой способ. Если хотя бы один стык не прошел проверку, проводят аналогичные повторные испытания на удвоенном числе стыков. Если при повторных испытаниях получены неудовлетворительные результаты хотя бы на одном стыке, все стыки, сваренные данным сварщиком в течение календарного месяца на конкретном объекте газовой сваркой, должны быть удалены, а стыки, сваренные дуговой сваркой, проверены радиографическим методом контроля. Про него расскажем в следующей статье.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь